CONTROLE DA IRRIGAÇÃO VIA PLC COM
ACIONAMENTO REMOTO DE VÁLVULAS
LATCH POR RÁDIO FREQUÊNCIA
H. S. Vasconcelos1; M. A. Ferreira2; A. S. Teixeira3; C. C. Santos4; F. N. P. Souza5; F. J. F. Canafístula6
RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo propor a implantação de um sistema de
automação no controle de irrigação utilizando um Controlador Lógico Programável (CLP),
associado a um sistema de transmissão via rádio frequência para acionamento de válvulas
elétricas do tipo Latch. O CLP apresenta um baixo custo, flexibilidade de programação, além de
permitir a interface com outros dispositivos eletrônicos, como sensores de umidades capacitivos
dentre outros. O acionamento via rádio frequência visa substituir o acionamento via cabos
elétricos e/ou microtubos utilizados atualmente em projetos de irrigação. Neste trabalho
utilizou-se um módulo mestre acoplado ao CLP que, por sua vez, comunicava-se com um
módulo de válvulas, responsável pela abertura/fechamento das válvulas em campo. A faixa
frequência de transmissão dos dados é a de 2,4 GHz. O sistema foi capaz de ligar e desligar a
válvula, mesmo sem visada direta entre os módulos. A perda de pacotes na comunicação foi
baixa, necessitando de um aperfeiçoamento do sistema.
PALAVRAS-CHAVE: programador lógico controlável, automação, rádio frequência.
IRRIGATION CONTROL CLP WITH REMOTE
ACTIVATION OF LATCH VALVES
ABSTRACT: This paper proposes the implementation of an automatic irrigation control system
based on a Programmable Logical Controller (PLC). Wireless radio frequency communication
is used to control electrical Latch valves. Low cost, programming flexibility and an easy-to-use
communications interface are some of PLC’s advantages. Radio frequency activation is used
instead of electrical cables or micro tubes, classically used in irrigation projects. In this paper a
Master Node was linked with the PLC, which is responsible for sending commands to the
Valves’ Node, the latter being responsible for opening/closing the valves. Transmission occurs
on 2.4 GHz frequency band. The final system was able to correctly open and close valves, even
without a direct path between nodes. There was a low packet loss rate in communication, which
should be treated in future works.
KEYWORDS: programmable logical controller, automation, wireless communication.
1
Mestrando em Eng. Agrícola, Universidade Federal do Ceará (UFC), CCA/DENA, Bloco 804, campus do Pici, CEP
60440-900, Fortaleza, CE. Fone (85) 33669760. e-mail: [email protected].
2
Mestrando em Eng. Agrícola, Depto de Engenharia Agrícola, UFC, Fortaleza, CE.
3
Prof. PhD, Depto de Eng. Agrícola, UFC, Fortaleza, CE.
4
Prof. M. Sc., Curso de Eng. da Computação, UFC, Sobral, CE.
5
Mestrando em Eng. Elétrica, Depto de Engenharia Elétrica, UFC, Fortaleza, CE.
6
Doutorando em Eng. Agrícola, Depto de Eng. Agrícola, UFC, Fortaleza, CE.
H. S. Vasconcelos et al.
INTRODUÇÃO
A crescente escassez de água devido ao crescimento populacional e ao desenvolvimento
econômico, é agravada em virtude da desigualdade social e da falta de manejo no seu uso. Este
quadro tem criado desafios, principalmente para os países em desenvolvimento, no sentido de
encontrarem novas soluções para a gestão dos seus recursos hídricos (KEMPER, 1997).
Apesar desse alto consumo de água, a maioria dos usuários não utiliza técnicas para controle da
irrigação (QUEIROZ et al., 2005). Tal economia de água só será possível com a irrigação de precisão,
ao utilizar apenas a quantidade de água necessária para o desenvolvimento da cultura. A redução do
consumo acarreta numa redução de custos, redução do impacto ambiental, aperfeiçoamento da
produção e otimização do valor econômico da água (LEONARDI e ROTH, 2009 apud CRUZ 2008).
O desenvolvimento da eletrônica, associada à expansão crescente do mercado, possibilitou o
acesso à tecnologia e ferramentas antes disponíveis apenas em centros de pesquisas (GOMIDE,
1998). A irrigação, de um modo geral, tem se beneficiado desse avanço tecnológico, seja no
desenvolvimento de novos equipamentos, seja na adaptação dos já disponíveis em outros setores
da produção (VILELA et al., 2003).
Um dos dispositivos utilizados neste processo é o Controlador Lógico Programável (CLP),
dispositivo eletrônico que controla máquinas e processos. Utiliza uma memória programável,
para armazenar instruções e executar funções específicas, como o controle de
energização/desenergização, temporização, contagem, sequenciamento, operações matemáticas
e manipulação de dados (SANTOS, 2007).
De acordo com a ABNT, o CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware e
software compatíveis com aplicações industriais. A NEMA (National Electrical Manufactures
Association) define CLP como um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória
programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas,
tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio
de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos (RIBEIRO et al., 2005).
Diversos trabalhos têm demonstrado a viabilidade técnica do emprego desta tecnologia.
ALENCAR et al (2007), utilizando um sistema composto de mini aspersores, motobomba
Anauger 900 e válvulas solenoides de uso doméstico, que eram acionadas automaticamente,
afirmam que o sistema apresentou uma excelente operacionalidade.
Ao utilizar a comunicação sem fio, eliminam-se os custos e a dificuldade de instalação de
um sistema com cabos. Em culturas de ciclo curto, como o milho ou a melancia, o cabeamento é
ainda mais complicado, pois os cabos teriam de ser removidos a cada ciclo para o preparo do
solo, caso os mesmos não forem enterrados. REBOUÇAS NETO (2010) relata que os módulos
de acionamento de bomba e válvulas via rádio frequência foram precisos nos comandos ligar e
desligar, possibilitando a sua utilização na automação dos sistemas de irrigação.
MATERIAL E MÉTODOS
O sistema foi desenvolvido no Laboratório de Eletrônica e Mecanização - LEMA, do
Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal do Ceára. Utilizou-se uma
H. S. Vasconcelos et al.
controlador lógico programável da marca Siemens, modelo LOGO!. Para que a comunicação
sem fio pudesse ser utilizada, foram utilizados dois módulos embarcados, cujo desenvolvimento
foi iniciado por SANTOS (2008). Esses módulos tem por núcleo o microcontrolador
PIC18F4550, fabricado pela Microchip (MICROCHIP, 2012).
A transmissão dos dados via rádio frequência é realizada utilizado um transceptor na faixa
frequência de transmissão dos dados de 2,4 GHz, que não necessita de regulamentação na ANATEL.
As válvulas utilizadas neste experimento são válvulas do tipo Latch. Válvulas Latch
apresentam grande economia de energia, pois só precisam ser energizadas na abertura ou
fechamento. Em sistemas de operação remota, a energia do sistema é limitada, tornando esse
tipo de válvula especialmente interessante.
O módulo mestre (FIGURA 1) é acoplado ao PLC. Nele se encontram quatro entradas, cada
uma representando uma das válvulas a serem acionadas. Essas entradas são ligadas no PLC, que
faz a lógica de controle do sistema. O módulo mestre, por sua vez, fica responsável por entender
os comandos do PLC e transmiti-los, via rádio frequência para o módulo das válvulas.
O módulo das válvulas é responsável pelo acionamento das válvulas Latch do sistema. Ele
entende os comandos enviados pelo módulo mestre e atua na válvula correspondente à entrada
alterada pelo PLC. A atuação consiste sempre em abrir ou fechar uma válvula, dependendo da
mudança de estado nas entradas do PLC. Para garantir o acionamento correto da válvula, a
atuação é repetida por até três vezes em um intervalo de cinco segundos, o que proporciona um
pequeno atraso na troca de área irrigada.
Um esquemático do sistema pode ser visto na FIGURA 2. O PLC envia o comando para o
módulo mestre. O módulo mestre decodifica este comando e o retransmite, via rádio frequência,
para o módulo das válvulas. O módulo das válvulas atua sobre as mesmas e inicia ou interrompe
o fornecimento de água para uma das quatro áreas definidas pelo PLC.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O sistema foi capaz de ligar e desligar a válvula, mesmo sem visada direta entre os módulos.
A perda de pacotes na comunicação foi baixa, mas existiu, demonstrando a necessidade de um
sistema de garantia de entrega de mensagem.
A corrente elétrica para o acionamento da válvula Latch se mostrou elevada, podendo danificar
alguns transistores se submetidos a stress por uso contínuo. Uma remodelagem da placa de circuito
para a substituição desses transistores por transistores de alta corrente tornará o sistema mais robusto.
CONCLUSÃO
O sistema se comportou de maneira adequada para um protótipo acadêmico, necessitando de
poucos ajustes para as condições de operação no campo. Condições adversas como alta
umidade, altas temperaturas ou manuseio grosseiro do equipamento evidenciam a necessidade
de um encapsulamento robusto para o sistema.
Instalado em campo, o sistema forneceria uma facilidade na automação de um sistema de
irrigação de precisão. A facilidade na instalação e o baixo custo desse sistema o torna uma
alternativa viável para pequenos produtores que desejem instalar a automação em suas propriedades.
H. S. Vasconcelos et al.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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(https://www.fao.org.br/vernoticias.asp?id_noticia=46). Acesso em: Agosto de 2007.
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MICROCHIP, Microchip Tecnhnology Inc. Leanding Provider of Microcontroller & Analog
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QUEIROZ, T. M.; CARVALHO, J. A.; RABELO, G. F.; ANDRADE, M. J. B. Avaliação de sistema
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Santos, C. C. Sistema de monitoramento remoto de umidade e temperatura do solo para irrigação de
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VILELA, L.A.A.; CARVALHO, H.P.; PRADO, G.; BOTREL, T.A. Construção e calibração de um
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32., 2003, Goiânia. Anais... Goiânia, Sociedade Brasileira de Engenharia Agrícola, 2003. CD.
Figura 1: PLC acoplado ao módulo mestre de transmissão de pacotes
Figura 2: Diagrama de blocos do sistema completo.